I vår daglige erfaring forstår vi og bruker ordet energi som noe som alltid er relatert til bevegelse. For at en bil skal fungere, trenger den drivstoff, for mennesker å jobbe og utføre sine daglige oppgaver de må spise. Her forbinder vi både drivstoff og mat med energi. Fra nå av vil vi bevege oss mot en mer presis definisjon av energi.
Bevegelsen til en bil, en person eller et hvilket som helst objekt har energi, denne energien knyttet til bevegelse kalles kinetisk energi. En kropp i bevegelse, som har kinetisk energi, kan utføre arbeid ved å komme i kontakt med en annen kropp eller gjenstand og overføre energi til den.
Imidlertid kan et objekt i hvile også ha energi, noe som gjør det utilstrekkelig bare for å relatere begrepet energi til bevegelse. For eksempel har et objekt i ro i en viss høyde fra bakken energi. Dette objektet, når det blir forlatt, starter en bevegelse og øker i hastighet over tid, dette skjer fordi vektkraften gjør en jobb og får den til å gå i bevegelse, det vil si at den tilegner seg energi kinetikk. Et objekt i hvile sies å ha en energi som kalles gravitasjonspotensialenergi, som varierer i henhold til høyden i forhold til bakken.
En annen form for energi er elastisk potensiell energi, til stede i en komprimert eller strukket fjær. Når vi komprimerer eller strekker en fjær, utfører vi arbeid for å oppnå deformasjonen, og vi kan observere det etter frigjort, får fjæren bevegelse - kinetisk energi - og går tilbake til utgangsposisjonen der den ikke ble strukket eller komprimert.
Så mer spesifikt kan vi si at kinetisk energi er energien eller evnen til å utføre arbeid på grunn av bevegelse og at potensiell energi er energien eller evnen til å utføre arbeid pga posisjon.
I mekanikk er det to former for potensiell energi: en assosiert med vektarbeid, kalt energi gravitasjonspotensial, og en annen relatert til arbeidet med den elastiske kraften, som er den potensielle energien elastisk. La oss nå studere disse to former for potensiell energi mer detaljert.
1. Gravitasjonspotensial energi
Det er energien knyttet til posisjonen der kroppen er. Se på figur 1 og tenk på massen m først ved hvile i punkt b. Kroppen er i en høyde h i forhold til bakken a. Når den blir forlatt fra hvile, på grunn av massen, utfører vektkraften arbeid på kroppen og den tilegner seg kinetisk energi, det vil si at den begynner å bevege seg.
Arbeidet som kulevekten gjør, lar oss måle gravitasjonspotensialenergien, så la oss beregne arbeid.
Tatt i betraktning punkt a som referansepunkt, blir forskyvningen fra b til a gitt av h, mens kraftvektens modul er gitt av P = m.g og o vinkel mellom påføringsretningen for kraftvekten og forskyvningen α = 0º, da begge er i samme retning, bruk bare definisjonen av arbeid (τ):
Ikke stopp nå... Det er mer etter annonseringen;)
τ = F.d. kosos
Hvis F er lik kraftvekten P = mg, forskyvningen d = h og α = 0º (cos 0º = 1), og erstatter i ligning 1, vil vi ha:
τ = F.d. kosos
τ = m.g.h.cos 00
τ = m.g.h
Dermed beregnes energien som relaterer posisjonen til et objekt til bakken, Gravitational Potential Energy, av:
OGP= m.g.h
Likning 2: Gravitasjonspotensial energi
På hva:
Ep: gravitasjonspotensiell energi;
g: gravitasjonsakselerasjon;
m: kroppsmasse.
2. Elastisk potensiell energi
Tenk på fjærmassesystemet i figur 2, der vi har en kropp med masse m festet til en fjær med elastisk konstant k. For å deformere våren må vi gjøre en jobb, ettersom vi må skyve eller strekke den. Når vi gjør dette, får fjæren elastisk potensiell energi, og når den slippes, beveger den seg tilbake til utgangsposisjonen der det ikke var noen deformasjon.
For å oppnå det matematiske uttrykket for den elastiske potensielle energien, må vi fortsette på samme måte som vi gjorde for gravitasjonspotensialenergien. Deretter vil vi få uttrykk for den elastiske potensielle energien som er lagret i et massefjærsystem ved arbeidet som den elastiske kraften utøver på blokken.
Når massefjærsystemet er på punkt A, er det ingen deformasjon på våren, det vil si at det verken er strukket eller komprimert. Når vi således strekker den til B, dukker det opp en kraft, kalt elastisk kraft, som får den til å gå tilbake til A, sin opprinnelige posisjon når den blir forlatt. Modulen til den elastiske kraften som fjæren utøver på blokken, er gitt av Hookes lov:
Fel = k.x
Der Fel indikerer elastisk kraft, er k fjærens elastiske konstant og x verdien av fjærens sammentrekning eller forlengelse.
Arbeidet til den elastiske kraften for en forskyvning d = x er gitt av:
Dermed er energien forbundet med arbeidet med elastisk kraft, Elastic Potential Energy, også gitt av:
På hva:
Ål: elastisk potensiell energi;
k: vårkonstant;
x: fjærdeformasjon.
Det observeres at massesfæren m henger opp i forhold til bakken og fjærmassesystemet når den strekkes eller komprimert, har evnen til å utføre arbeid, ettersom de har lagret energi på grunn av sine posisjon. Denne energien som er lagret på grunn av posisjon, kalles potensiell energi.
Av Nathan Augusto
Uteksamen i fysikk
